第1章 嵌入式系统基础知识11125.ppt

嵌入式系统设计—基于ARM9微处理器S3C2410A第1章 嵌入式系统基础知识南阳师范学院张帅 1.1 嵌入式系统的定义和组成 1.1.1 嵌入式系统的定义根据IEEE（国际电气和电子工程师协会）的定义，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装置”（原文为devices used to control，monitor，or assist the operation of equipment，machinery or plants）。目前国内一个普遍被认同的定义是：以应用为中心、以计算机技术为基础，软件硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。可以这样认为，嵌入式系统是一种专用计算机系统，作为装置或设备的一部分。嵌入式系统一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户应用程序4个部分组成。“嵌入性”、“专用性”与“计算机系统”是嵌入式系统的三个基本要素，对象系统则是指嵌入式系统所嵌入的宿主系统。 1.1.2 嵌入式系统发展趋势 1．嵌入式系统的发展历史嵌入式系统的发展历程，大致经历了以下4个阶段。 （1）无操作系统阶段—单片机 （2）简单操作系统阶段—嵌入式CPU、简单操作系统 （3）实时操作系统阶段—实时多任务操作系统 （4）面向Internet阶段 2．IP核（Intellectual Property Core，知识产权核）SOC（System On Chip，片上系统）是90年代中期出现的一个概念，并成为现代集成电路设计的发展方向。SOC是指在单芯片上集成数字信号处理器、微控制器、存储器、数据转换器、接口电路等电路模块，可以直接实现信号采集、转换、存储、处理等功能。IP核是指具有知识产权的、功能具体、接口规范、可在多个集成电路设计中重复使用的功能模块，是实现系统芯片（SOC）的基本构件。IP核用硬件描述语言（hardware Description Language，HDL）文本形式提交给用户，经过RTL级设计优化和功能验证，但其中不含有任何具体的物理信息的软核（Soft IP Core）；完成软核所有的设计外，还完成了门级电路综合和时序仿真等设计环节，一般以门级电路网表的形式提供给用户的固核（Firm IP Core）；基于物理描述，并经过工艺验证，具有可保证的性能，提供给用户的形式是电路物理结构掩模版图和全套工艺文件的硬核（Hard IP Core）。IP软核以源代码的形式提供的，IP知识产权不易保护。IP硬核易于实现IP保护，缺点是灵活性和可移植性差。 1.1.3 嵌入式系统的组成嵌入式系统通常由包含有嵌入式微处理器、操作系统、应用软件和外围设备接口的嵌入式计算机系统和执行装置（被控对象）组成。嵌入式计算机系统是整个嵌入式系统的核心，可以分为硬件层、中间层、系统软件层和应用软件层。执行装置接受嵌入式计算机系统发出的控制命令，执行所规定的操作或任务。 1．嵌入式计算机系统的硬件层硬件层中包含嵌入式微处理器、存储器（SDRAM、ROM、Flash等）、通用设备接口和I/O接口（A/D、D/A、I/O等）。硬件层通常是一个以嵌入式处理器为中心的，包含有电源电路、时钟电路和存储器电路的电路模块，其中操作系统和应用程序都固化在模块的ROM中。 （1）嵌入式微处理器嵌入式微处理器的体系结构可以采用冯·诺依曼体系结构或哈佛体系结构，指令系统可以选用精简指令系统（RISC）和复杂指令集系统（CISC）。嵌入式微处理器有各种不同的体系，目前全世界嵌入式微处理器已经超过1000多种，体系结构有30多个系列，其中主流的体系有ARM、MIPS、PowerPC、X86和SH等。即使在同一体系中，也可以具有不同的时钟频率、数据总线宽度、接口和外设。目前没有一种嵌入式微处理器可以主导市场，嵌入式微处理器的选择是根据具体的应用而决定的。 （2）存储器嵌入式系统的存储器包含Cache、主存储器和辅助存储器，用来存放和执行代码。①Cache是一种位于主存储器和嵌入式微处理器内核之间的快速存储器阵列，存放的是最近一段时间微处理器使用最多的程序代码和数据。提高微处理器和主存之间的数据传输速率，使处理速度更快，实时性更强。Cache一般集成在嵌入式微处理器内，可分为数据Cache、指令Cache或混合Cache，Cache的存储容量大小依不同处理器而定。②主存储器用来存放系统和用户的程序及数据，是嵌入式微处理器能直接访问的存储器。常用的ROM类存储器有NOR Flash、EPROM和PROM等，RAM类存储器有SRAM、DRAM和SDRAM等，容量为256KB～1GB。 ③辅助存储器通常指硬盘、NAND Flash、CF卡、MMC和SD卡等，